坡莫合金纖維退鍍銅工藝研究

甄文柱，茍波，王朋洲，趙士欽，胡明亮

（河北太行機械工業(yè)有限公司，河北 石家莊 052160）

坡莫合金是一種優(yōu)異的電磁屏蔽材料，利用其屏蔽性能制備的各類電磁屏蔽型工服已被廣泛應(yīng)用到國防軍工、電子通信等領(lǐng)域。表面鍍銅通常作為坡莫合金“纖維”拉拔的預(yù)處理步驟，起到潤滑作用。經(jīng)拉拔作用后，要退除合金“纖維”表面的銅層，使纖維絲束分散開來，提高后續(xù)織物工服的柔順性。常用的銅鍍層退除方法包括電解法和化學(xué)法，由于“纖維化”過程是合金絲成束拉拔，拉后纖維絲粘結(jié)在一起，單根纖維絲直徑不足10 μm，若用電解法退除，外圍纖維絲很快被腐蝕殆盡?；瘜W(xué)法中常用的濃硝酸體系[1]、溴酸鉀-氨水體系[2]、硫酸-鉻酸酐體系[3]、間硝基苯磺酸鈉-氰化鈉體系、三氯化鐵-鹽酸體系[4]等，一方面對基體的腐蝕作用強，浸漬時間難以控制，另一方面有劇毒，危害工人健康，并且污水處理成本高。加之現(xiàn)場生產(chǎn)要求退鍍銅耗時一般不能超過40 min，在提高退除速率的同時又不能過度腐蝕基體。因此，傳統(tǒng)化學(xué)退鍍方法很難滿足生產(chǎn)要求。

本文選用過硫酸銨作為氧化劑，檸檬酸鈉作為配位劑，氯化鈉作為加速劑，對鍍銅坡莫合金纖維進行退鍍，研究了退鍍?nèi)芤褐懈鹘M分質(zhì)量濃度和溫度對退除速率的影響，得到坡莫合金纖維絲束退鍍銅的最佳工藝參數(shù)。

1 實驗

1.1 材料與設(shè)備

J85坡莫合金纖維絲束(每束含2 000根直徑約8 μm的纖維絲，拉拔前鍍銅層厚度為25 ～ 35 μm)，河北絲維特金屬纖維有限公司；常溫金屬凈洗劑，山西長治飛云日化；分析純過硫酸銨、二水合檸檬酸鈉、氯化鈉及pH試紙，西隴化工股份有限公司；HH-1型電熱恒溫水浴鍋，上海逸龍科技有限公司；BAS124S型電子分析天平(精度0.01 g)，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司：千分尺(精度0.001 mm)，青海量具刀具有限公司。

1.2 退鍍銅工藝

取少許坡莫合金纖維絲束，在室溫下超聲波除油5 ～ 10 min。水洗后浸入退鍍?nèi)芤褐校涗浝w維絲完全分散所需時間，以評價退鍍速率；在纖維絲完全分散后取出，水洗并干燥，用千分尺測量多根纖維絲的直徑，取平均值(要求大于 7.5 μm)。

退鍍銅溶液的基礎(chǔ)組成和工藝條件為：過硫酸銨50 ～ 200 g/L，檸檬酸鈉20 ～ 60 g/L，氯化鈉20 ～ 60 g/L，溫度 25 ～ 45 °C。

2 結(jié)果與討論

2.1 過硫酸銨質(zhì)量濃度對銅鍍層退除效果的影響

過硫酸銨作為強氧化劑，其含量的增大可加快表面銅層的氧化。圖1為檸檬酸鈉質(zhì)量濃度為40 g/L，氯化鈉質(zhì)量濃度為40 g/L和溫度為35 °C的條件下，退鍍銅所需時間隨過硫酸銨質(zhì)量濃度的變化。

圖1 過硫酸銨質(zhì)量濃度對退鍍時間的影響Figure 1 Effect of mass concentration of ammonium persulfate on stripping time

隨著過硫酸銨質(zhì)量濃度的增大，退鍍銅所需時間縮短，即退鍍速率增大。但當過硫酸銨質(zhì)量濃度超過100 g/L后，退鍍速率的變化趨于平緩。另外，過硫酸銨質(zhì)量濃度過高時容易在低溫下結(jié)晶析出，附著在纖維絲表面，不利于纖維絲束的分散。

退鍍液為中性溶液，退鍍后其pH保持在7左右，過硫酸銨質(zhì)量濃度對退鍍液的pH基本沒有影響。過硫酸銨質(zhì)量濃度的變化對基體纖維的腐蝕作用很小，可以滿足退鍍后纖維絲直徑大于7.5 μm的要求。綜合考慮，過硫酸銨的最優(yōu)質(zhì)量濃度為75 ～ 100 g/L。

表1 不同過硫酸銨質(zhì)量濃度下退鍍銅后溶液pH與坡莫合金纖維絲直徑Table 1 pH of stripping solution and diameter of permalloy fiber after removal of copper coating at different mass concentrations of ammonium persulfate

2.2 檸檬酸鈉質(zhì)量濃度對銅鍍層退除效果的影響

檸檬酸鈉能夠與銅離子形成穩(wěn)定的配合物，其質(zhì)量濃度顯著影響退鍍速率。如圖2所示，過硫酸銨質(zhì)量濃度為100 g/L、氯化鈉質(zhì)量濃度為40 g/L、溫度為35 °C時，隨檸檬酸鈉質(zhì)量濃度的增大，退鍍速率顯著提高，但檸檬酸鈉質(zhì)量濃度高于50 g/L后退鍍速率變化不大。

圖2 檸檬酸鈉質(zhì)量濃度對退鍍時間的影響Figure 2 Effect of mass concentration of sodium citrate on stripping time

由表2可知，隨著檸檬酸鈉質(zhì)量濃度的增大，退鍍液的pH一直是7。由纖維絲直徑的變化可以看出，退鍍過程對基體纖維的腐蝕作用很小，可以滿足生產(chǎn)要求。綜合考慮后選擇檸檬酸鈉的質(zhì)量濃度為40 ～ 50 g/L。

表2 不同檸檬酸鈉質(zhì)量濃度下退鍍銅后溶液pH與坡莫合金纖維絲直徑Table 2 pH of stripping solution and diameter of permalloy fiber after removal of copper coating at different mass concentrations of sodium citrate

2.3 氯化鈉質(zhì)量濃度對銅鍍層退除效果的影響

氯化鈉對銅鍍層表面及銅的氧化物有一定的腐蝕作用，能夠加快退鍍銅。由圖3可知，過硫酸銨質(zhì)量濃度為100 g/L、檸檬酸鈉質(zhì)量濃度為40 g/L、溫度為35 °C時，隨著氯化鈉質(zhì)量濃度從20 g/L增大到60 g/L，退鍍速率逐漸增大，退鍍所需時間由80 min減少到15 min。

圖3 氯化鈉質(zhì)量濃度對退鍍時間的影響Figure 3 Effect of mass concentration of sodium chloride on stripping time

從表3可知，不同氯化鈉質(zhì)量濃度下，退鍍液的pH都在7左右。當氯化鈉質(zhì)量濃度不超過40 g/L時，退鍍過程對基體纖維的腐蝕作用很小。但是當氯化鈉質(zhì)量濃度高于50 g/L后，纖維絲被過度腐蝕，退鍍后的直徑小于7.5 μm，已無法滿足生產(chǎn)要求。因此，氯化鈉的質(zhì)量濃度不能過高，以30 ～ 40 g/L為宜。

表3 不同氯化鈉質(zhì)量濃度下退鍍銅后溶液pH與坡莫合金纖維絲的直徑Table 3 pH of stripping solution and diameter of permalloy fiber after removal of copper coating at different mass concentrations of sodium chloride

2.4 溫度對銅鍍層退除效果的影響

升溫可以提高退鍍液的反應(yīng)活性，加快反應(yīng)進程。圖4為過硫酸銨質(zhì)量濃度為100 g/L、檸檬酸鈉質(zhì)量濃度為40 g/L以及氯化鈉質(zhì)量濃度為40 g/L時，溫度對銅鍍層退除速率的影響。隨退鍍液溫度升高，退鍍速率明顯增大。由表4可知，隨著溫度的升高，退鍍液的pH保持在7左右；溫度高于40 °C后，纖維絲直徑已無法滿足生產(chǎn)要求。另外，隨著溫度的升高，退鍍液的揮發(fā)明顯加快，溶液中有大量氣泡產(chǎn)生，氣泡的逸出使得大量已經(jīng)完成銅層退除的纖維絲斷裂，導(dǎo)致纖維絲束無法使用。因此溫度保持在30 ～ 35 °C為宜。

圖4 溫度對退鍍時間的影響Figure 4 Effect of temperature on stripping time

表4 不同溫度下退鍍銅后溶液pH與坡莫合金纖維絲的直徑Table 4 pH of stripping time and diameter of permalloy fiber after removal of copper coating at different temperatures

綜合考慮各類因素可知，較優(yōu)的退鍍工藝為：過硫酸銨75 ～ 100 g/L，檸檬酸鈉40 ～ 50 g/L，氯化鈉30 ～40 g/L，溫度30 ～ 35 °C。在該條件下對坡莫合金纖維進行退鍍銅，銅層退凈并且纖維絲分散總耗時約35 min，退鍍后纖維絲的直徑約為7.6 μm，符合生產(chǎn)要求。從圖5可知，經(jīng)硫酸銨-檸檬酸鈉體系退鍍處理后，J85坡莫合金纖維絲束呈絲狀自然分散開來，柔性極佳。

圖5 退鍍銅前(a)、后(b)的坡莫合金纖維束Figure 5 Permalloy fiber bundle before (a) and after (b) stripping of copper coating

3 結(jié)論

采用過硫酸銨-檸檬酸鈉體系可以快速退除坡莫合金纖維絲束表面的銅層，令纖維絲分散開，并且對纖維絲基本無腐蝕作用。較優(yōu)的退鍍工藝參數(shù)為：過硫酸銨75 ～ 100 g/L，檸檬酸鈉40 ～ 50 g/L，氯化鈉30 ～ 40 g/L，溫度30 ～ 35 °C。在此條件下退鍍，纖維絲束銅層退凈并分散所用時間約35 min，纖維絲直徑約7.6 μm，纖維絲自然分散，柔性極佳。